Giáo trình Dây không bảo vệ và hệ thống chống sét cho căn hộ

 biện pháp này rất tốn kém, vì vậy nó chỉ được dùng cho các tuyến 
đường dây (110220) [kV] cột sắt và cột bê tông cốt sắt. Đường dây tải điện trên 
không điện áp từ 35 [kV] trở xuống cột sắt hay cột bê tông cốt sắt ít được bảo vệ bằng 
dây chống sét toàn tuyến. Để tăng cường khả năng chống sét cho những đường dây 
này có thể đặt chống sét ống hoặc tăng thêm bát sứ ở những nơi cách điện yếu, những 
cột vượt cao, chỗ giao chéo với đường dây khác, những đoạn tới trạm. 
Các cột của đường dây 35 [kV] và từ (110220) [kV] đều phải được nối đất. 
Những đường dây yêu cầu mức an toàn liên tục cung cấp điện rất cao thì tốt nhất là 
dùng đường dây cáp. 
Dây chống sét: Tuỳ theo cách bố trí dây dẫn trên cột, có thể treo một hoặc hai dây 
chống sét. 
 Cấu tạo và nguyên lý làm việc. 
Khe hở phóng điện (còn gọi là chống sét sừng) là cái thu lôi đơn giản nhất gồm hai 
điện cực bằng dây thép đường kính 10 [mm] dạng sừng dê, một điện cực được nối với 
dây dẫn điện, điện cực còn lại được nối xuống đất qua khe hở phụ (hình 7.7). 
Khoảng cách giữa điện cực gọi là khoảng cách bảo vệ, khoảng cách này phụ thuộc vào 
điện áp của mạng điện, tham khảo (bảng khoảng cách khe hở bảo vệ hình sừng.). Ba 
sừng về phía gắn vào cột (hoặc xà) được tiếp địa chung. Để đề phòng chim đậu gây 
kín mạch, người ta làm thêm khe hở phụ trên đường dây tiếp 
 1 
 2 
 3 
 4 
địa. Khe hở bảo vệ đặt gần và trước vật được bảo vệ sao cho khi có sóng quá áp tới 
khe hở sẽ làm việc trước khi sóng quá áp đi vào vật được bảo vệ. 
Khi làm việc bình thường khe hở cách ly những phần tử mang điện (dây dẫn) với đất. 
Khi có sóng quá áp chạy trên đường dây, khe hở phóng điện sẽ phóng điện qua và 
truyền xuống đất. 
 Khoảng cách khe hở bảo vệ hình sừng. 
 Điện áp định mức của trạm [kV] 3 6 10 
 Khe hở bảo vệ [mm] 820 1540 2550 
 Khe hở phụ [mm] 5 10 15 
 Ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng. 
* Ưu điểm: Đơn giản, dễ chế tạo, giá thành hạ. 
* Nhược điểm: 
- Không có bộ phận dập hồ quang nên khi nó làm việc bảo vệ Rơle sẽ tác động cắt 
mạng điện. 
- Đặc tính Vôn (V) -giây (s) rất dốc nên không bảo vệ được các máy điện có cách điện 
thấp như: Máy biến áp, máy phát điện. 
* Phạm vi ứng dụng: 
- Thường được đặt ở những nơi xung yếu của đường dây như chỗ giao nhau giữa các 
đường dây, đoạn đường dây trước khi nối với trạm biến áp. 
- Chỉ được dùng làm bảo vệ phụ trong các sơ đồ chống sét các phần tử Hệ thống điện 
và được sử dụng làm một bộ phận trong các thiết bị chống sét khác. 
 Bài 8: Tính toán điện trở tản của vật nối đất chống sét 
1. Mục tiêu: 
- Đấu nối chính xác mạch phân nhánh và mạch chính đúng bản vẽ thiết kế 
- Đảm bảo được các chỉ tiêu kỹ thuật và mỹ thuật 
- Phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo trong công việc. 
2.Nội dung bài: 
2.1 Yêu cầu chung khi nối dây mạch phân nhánh và mạch chính 
  Cấu tạo và nguyên lý làm việc. 
Chống sét ống là một thiết bị chống sét có cấu tạo đơn giản nhưng hiệu quả tháo sét rất 
tốt, được dùng để chống sét lan truyền trên đường dây, bảo vệ cho các thiết bị trong trạm. 
 Us TBA 
 Đường dây Udư 
 S1 
 Điện cực Vỏ 
 S 
 2
 Hình 7.8. Chống sét ống (PT). 
Chống sét ống gồm 2 khe hở phóng điện S1 và S2. Trong đó S2 được đặt trong ống làm 
bằng vật liệu sinh khí như Phibrô Bakêlit hoặc Phinipơlát. 
 Uđm [kV] 6 10 22 35 
 Bảo vệ phối hợp 15 20 80 120 
 S1 [mm] 
 Bảo vệ độc lập 10 15 40 60 
Khi xuất hiện sóng quá điện áp thì cả 2 khe hở phóng điện S1 và S2 đều phóng điện để 
dẫn dòng điện sét xuống đất. Dưới tác động của Hồ quang, chất sinh khí bị phát nóng và 
sản sinh ra rất nhiều khí làm cho áp suất trong ống tăng cao (tới hàng chục atm) thổi tắt 
hồ quang. 
 Ưu, nhược điểm. 
* Ưu điểm: Chế tạo dễ dàng, giá thành tương đối thấp. 
* Nhược điểm: Khả năng dập tắt hồ quang hạn chế khi dòng sét lớn, hồ quang không 
được dập tắt gây ra ngắn mạch tạm thời, thiết bị bảo vệ rơle có thể tác động cắt mạch 
không cần thiết. 
 Đặc điểm của chống sét ống. 
- Khả năng dập hồ quang của chống sét ống phụ thuộc vào khe hở trong và kích thước 
của ống. 
- Ứng với một khoảng cách nhất định, một đường kính ống nhất định, chỉ có thể dập 
được hồ quang của một dòng điện nhất định. 
2.2 Các bước nối dây mạch phân nhánh 
 Cấu tạo và nguyên lý làm việc. 
Chống sét van là một thiết bị chống sét rất tốt, có độ tin cậy cao được dùng phổ biến 
để bảo vệ cho trạm biến áp, trạm phân phối và máy phát điện. 
Chống sét van gồm hai phần tử chính: 
Chuỗi khe hở phóng điện và chuỗi điện trở phi tuyến (điện trở làm việc) được đặt 
trong vỏ sứ cách điện. 
+ Chuỗi khe hở phóng điện được làm bằng đồng. 
+ Chuỗi điện trở phi tuyến được chế tạo bằng vật liệu Vilít. 
 SiC 
 - ( = 10-2 [Ωm]) 
 SiO2 dày ~ 10 5 [cm] 
 4 6
 CSV ( = 10 10 [Ωm]) 
 Điện cực (Cu) 
 Mica 1 [mm] 
 Hình 7.9. Chống sét van (PB). 
Khi xuất hiện sóng quá điện áp khí quyển thì chuỗi khe hở sẽ phóng điện, dòng điện 
sét được dẫn qua các điện trở phi tuyến để dẫn dòng điện sét xuống đất. Điện trở phi 
tuyến có đặc điểm khi đặt điện áp lớn thì điện trở có trị số rất nhỏ cho dòng điện qua 
một cách dễ dàng, nhưng khi điện áp đặt nhỏ thì điện trở có trị số rất lớn ngăn cản 
dòng điện không cho qua. Hay nói cách khác Chống sét van cho dòng điện lớn (khi 
điện áp cao) qua nhưng ngăn cản dòng điện nhỏ (khi điện áp thấp). Từ đặc điểm này 
 mà nó có tên gọi là chống sét van hay PB. 
 Ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng. 
* Ưu điểm: 
- Duy trì điện áp dư tương đối ổn định khi có dòng điện lớn. 
- Dập tắt hồ quang một cách dễ dàng nhờ có điện trở phi tuyến. 
* Nhược điểm: Chế tạo phức tạp, giá thành cao. 
* Phạm vi ứng dụng: 
Được dùng để bảo vệ quá điện áp khí quyển thiết bị và trạm quan trọng (đặc biệt là 
các trạm biến áp điện lực và các máy phát điện). 
2.3 Các bước nối dây mạch chính 
 Hình 7-10: Giới thiệu cơ cấu gắn cột thu lôi lên tường của toà nhà hay công 
trình. 
 500
 -
 ~4500
 1 
 1 
 2 
 ≥ 400 G 
 G 1000
 A A 
 ~ 800 ~ 
 2 
 500
 300 
 ~ 500 ~
 a) b) 500 
 Hình 7.10. Cơ cấu gắn cột thu lôi loại CM lên tường của toà nhà hay công trình. 
 a). Gắn lên tường gạch; b) Gắn lên đường bê tông cốt thép; 1. Thanh cột thu lôi loại CM; 
Hình 7.11: Giới thiệu bảo vệ2. ch Cơố cnấug đểsét gắn cho cột trthuạ mlôi. đi ện phân bằng dây chống sét (còn 
gọi là thu lôi ăng ten). Khoảng cách Sđ = 0,3 SB cần thiết để tránh sự di chuyển điện 
thế cao của sét đến các liên hệ ngầm trong đất. Khoảng cách SB được xác định như ở 
phần dây chống sét. Ở đây, dây chống sét để bảo vệ sét đánh thẳng, còn để bảo vệ 
chống cảm ứng tĩnh điện thì ta có thể đặt thêm các lưới sắt trên mái nhà. 
 Mặt chính 25,0 
 3 
 2 B
 S h 
 Sđ 
 1 
 4 
 Mặt bằng 
 10000 
 5 Sđ Sđ 
 X 
 1 42000 2 
 Hình 7.11. Bảo vệ chống sét cho trạm điện phân bằng thu lôi ăng ten. 
 1. Bộ nối đất của bảo vệ chống cảm ứng tĩnh điện; 
 2. Cột thu lôi ăng ten kim loại; 3. Dây chống sét; 4. Vũng bảo vệ ở độ cao h. 
Hình 7.12. Giới thiệu bảo vệ chống sét cho ống khói. 
 Dây dẫn dòng 
 3 3 
 a) e) g
 1 1 ) 
 b
 I ) II 
 2 
 300
 c) 1 d 1 
 Hình 7.12. Bảo vệ chống sét cho ống khói. 
 a) Ống kim loại; b) Ống gạch; c) Chi tiết của đáy ống gạch; d) Chi tiết của đáy ống kim loại; 
 e, g) Phần trên của ống khói với cột thu lôi; 1. Nối tới vòng đất; 
 2. Dây dẫn vòng; 3. Cột thu lôi. 
2.4 Đấu nối dây dẫn mạch phân nhánh và mạch chính 
a. Khái niệm 
Nối đất có nghĩa là nối các bộ phận bằng kim loại có nguy cơ tiếp xúc với dòng điện 
do hư hỏng cách điện đến một hệ thống nối đất. 
 Khi có nối đất, qua chỗ cách điện chọc thủng và thiết bị nối đất sẽ có dòng điện 
ngắn mạch một pha với đất và điện áp đối với đất của vỏ thiết bị bằng: 
 Uđ = Iđ . Rđ [V] 
 ĐC 
 Uđ 
 Rđ 
 Hình 7.13. Hình vẽ người chạm tay vào thiết bị có điện áp. 
Trong đó: Iđ - Đòng điện 1 pha chạm đất, [A]. 
 Rđ - Điện trở nối đất của trang thiết bị nối đất, []. 
Trường hợp người chạm phải thiết bị có điện áp, dòng điện qua người xác định theo 
 I
 ng R
biểu thức: = d 
 IR
 d ng
Bởi Rđ << Rng nên Ing << Iđ . Tuy nhiên nếu Iđ khá lớn thì dòng qua người vẫn là nguy 
hiểm: 
 R
 I =d .I (*) [A] 
 ngR d
 ng
Từ (*) nhận thấy rằng nếu thực hiện nối đất để có Rđ đủ nhỏ Có thể đảm bào cho 
dòng Ing qua người không nguy hiểm nữa. 
b. Điện trở nối đất. 
Điện trở nối đất là điện trở của khối đất nằm giữa điện cực và mặt có điện thế bằng 
không. 
Nếu bỏ qua điện trở nhỏ của dây dẫn nối với điện cực thì điện trở đất được xác định 
 U
theo biểu thức: R = d [] 
 d I
 d
 Ud - Điện áp của trang bị nối đất, [V]. 
 Id - Dòng ngắn mạch (dòng điện trong đất), [A]. 
Trong thực tế thường tồn tại 2 hình thức: 
* Nối đất tự nhiên: Là hình thức nối đất tận dụng các công trình ngầm hiện có, như các 
ống dẫn bằng kim loại (trừ các ồng dẫn nhiên liệu lỏng và khí dễ cháy) đặt trong đất. 
Các kết cấu bằng kim loại của nhà, các công trình xây dựng có nối với đất, các vỏ cáp 
bọc kim loại của cáp đặt trong đất, 
 * Nối đất nhân tạo: Thường được thực hiện bằng các cọc thép (dạng ống, dạng 
thanh, hoặc thép góc) dài từ 23 [m] và được chôn sâu dưới đất. Thông thường các 
điện cực nối đất được đóng sâu xuống đất sao cho đầu trên của chúng cách mặt đất 
khoảng 0,50,7 [m]. Nhờ vậy sẽ giảm được sự thay đổi điện trở nối đất theo thời tiết. 
 Khi không có điều kiện đóng điện cực xuống sâu (ví dụ ở các vùng đất đá,) 
người ta dùng các thanh thép dẹt hoặc tròn đặt nằm ngang ở độ sâu 0,71,5 [m]. 
 Để chống ăn mòn các ống thép đặt trong đất phải có bề dày không nhỏ hơn 3,5 
[mm]. Các thanh thép dẹt, thép góc không được nhỏ hơn 4 [mm]. Tiết diện nhỏ nhất 
cho phép theo điều kiện này là 48 [mm2]. 
 Dây nối đất cần có tiết diện thoả mãn độ bền cơ khí, ổn định nhiệt và chịu được 
dòng cho phép lâu dài, nó không được phép bé hơn 1/3 tiết diện của dây dẫn các pha. 
Thông thường người ta hay dùng thép tiết diện 120 [mm2], dây nhôm 35 [mm2], dây 
đồng 25 [mm2]. Mặt khác điện trở của trang bị nối đất không được lớn hơn trị số quy 
định trong quy phạm. 
- Khi dùng trang bị nối đất chung có cả lưới trên và dưới 1000 [V] thì: 
 125
 R [] 
 d I
 d
 250
Khi dùng riêng (chỉ dùng cho thiết bị >1000 [V]) thì: R [] 
 d I
 d
Trong đó 125 và 250 là điện áp cho phép lớn nhất của trang bị nối đất. 
Id - Dòng chạm đất 1 pha lớn nhất. 
Trong cả hai trường hợp, điện trở nối đất không được vượt quá 10 []. 
 Rđ 10 [] 
- Đối với đường dây trên không: 
Udm 35 [kV]: Cần nối đất tất cả các cột bê tông, cột thép. 
Udm = (320) [kV]: Chỉ cần nối đất các cột ở gần nơi dân cư. 
Cần phải nối đất cho tất cả các cột bê tông, cột thép, cột gỗ của tất cả các loại đường 
dây ở mọi cấp điện áp khi trên cột đó có đặt bảo vệ chống sét hay dây chống sét. Điện 
trở nối đất cho phép của cột phụ thuộc vào điện trở suất của đất lấy (1030)[]. 
+ Trên các đường dây 3 pha 4 dây, điện áp 380/220 [V] có điểm trung tính trực tiếp 
nối đất các cột sắt và xà của cột bê tông cần phải được nối với dây trung tính. 
+ Mạng Udm < 1000 [V] có dây trung tính cách đất, cột sắt, bê tông cốt thép cần có 
điện trở nối đất ≤ 50 []. 
 Điện trở nối đất của cọc và thanh nối. 
Phụ thuộc vào hình dạng, kích thước, độ chôn sâu trong đất và điện trở xuất của đất tại 
nơi thực hiện nối đất. 
 Tính toán hệ thống nối đất. 
Hệ thống nối đất thường bao gồm một số điện cực nối song song với nhau một khoảng 
tương đối nhỏ (vì lý do không gian và kinh tế). Vì vậy khi có dòng ngắn mạch chạm 
đất, thể tích đất tản dòng từ mỗi cực giảm đi do đó làm tăng điện trở nối đất của 
mỗi cọc. 
Như vậy, nếu nối đất gồm n điện cực (cọc) thì điện trở nối đất của toàn hệ thống 
(không kể đến thanh nối ngang) không phải là Rcọc/n mà là: 
 R
 R = coc [] 
 d n.
 - Là hệ số sử dụng điện cực nối đất. Trị số  thường được cho trước hoặc tra 
theo đường cong theo số cọc, khoảng cách giữa các cọc, loại mạch nối đất,... 
 Điện trở suất của đất. 
Phụ thuộc vào thành phần, mật độ, độ ẩm và nhiệt độ của đất. Và chỉ có thể xác định 
chính xác bằng đo lường. Các trị số gần đúng của điện trở suất của đất (khi độ ẩm 
bằng (1020) % về khối lượng) tính bằng [.cm]. 
Ví dụ: Cát: 7.104 [.cm] 
 Đất sét : 0,6.104 [.cm] 
Điện trở suất của đất không phải cố định trong cả năm mà thay đổi do ảnh hưởng của 
sự thay đổi độ ẩm và nhiệt độ của đất, do đó điện trở của trang bị nối đất cũng thay 
đổi. Vì vậy trong tính toán nối đất phải dùng điện trở suất tính toán là trị số lớn nhất 
trong năm. 
 tt = kmax . [.cm] 
Trong đó: kmax - Hệ số tăng cao, phụ thuộc điều kiện khí hậu ở nơi xây dựng trang 
bị nối đất. 
Đối với các ống và thanh thép góc dài (23) [m] khi chôn sâu mà đầu trên cách mặt 
đất (0,50,8) [m] thì hệ số kmax = (1,22). Còn khi đặt nằm ngang cách mặt đất 0,8 [m] 
thì hệ số kmax = (1,57). 
 Trình tự tính toán hệ thống nối đất. 
- Xác định điện trở nối đất của 1 cọc (thanh thép góc L60x60x6). 
 R1cọc = 0,00298 
Với là điện trở suất của đất [/cm]. Từ số liệu đơ được cần nhân với hệ số mùa để 
tìm trị số lớn nhất trong năm: 
 max = km. [/cm] 
 R
- Xác định sơ bộ số cọc theo biểu thức: n 1coc (cọc) 
 ηcR yc
Trong đó: 
c: Hệ số sử dụng cọc, tra sổ tay. 
 Ryc: Điện trở nối đất yêu cầu, Ryc = 4 []. 
- Xác định điện trở thanh nối: 
 0,366. 2l2
 R o log 
 t l b.t
Trong đó: 
 o: Điện trở suất của đất ở độ chôn sâu thanh (0,8 [m]). 
l: Chiều dài (chu vi) mạch vòng, [cm]. 
B: Bề rộng thanh nối, b = 4 [cm]. 
t: Chiều sâu chôn thanh nối t = 0,8 [m] = 80 [cm]. 
Điện trở nối đất thực tế của thanh nối xét đến hệ số sử dụng thanh t, tra sổ tay. 
 R t
 R't [] 
 t
- Điện trở nối đất cần thiết của toàn bộ số cọc: 
 4R't
 R c [] 
 R't 4
 R
- Số cọc cần đóng: n 1c (cọc) 
 cR c
a. Những vấn đề thực tế hiện nay. 
Sự cảm ứng quá điện áp, quá trình quá độ do bởi sét đánh, các hậu quả của đóng ngắt 
mạch điện, sự cố lưới điện,...Mà trong quá trình vận hành rất khó phát hiện. Sơ bộ, 
qua thống kê cho thấy rằng khoảng 70% các sự cố về thông tin liên lạc, về máy vi 
tính,... 
Hậu quả không mong muốn do sét đánh hoặc do quá điện áp thường gây thảm hoạ cho 
các Công ty và xí nghiệp. Điều này không chỉ dẫn đến kết quả là các trang thiết bị có 
giá trị buộc phải được thay thế mà còn gây tổn thất kinh tế do phải nghỉ, không vận 
hành trong thời gian phát hiện, khắc phục sửa chữa và mất nhiều cơ hội Doanh nghiệp. 
b. Các hệ thống bảo vệ chống sét hiện nay. 
Hệ thống bảo vệ chống sét cơ bản gồm: Một bộ phận thu đón bắt sét đặt trong không 
trung, được nối đến một dây dẫn đưa xuống, đầu kia của dây dẫn này lại nối đến mạng 
lưới nằm trong đất (còn gọi là hệ thống nối đất). 
Vai trò của bộ phận đón bắt sét nằm trong không trung rất quan trọng và sẽ trở thành 
điểm đánh thích ứng nhất của sét. Dây dẫn nối từ bộ phận đón bắt sét (hay còn gọi là 
đầu thu) từ trên đưa xuống có nhiệm vụ đưa dòng sét xuống hệ thống lưới kim loại 
nằm trong đất và toả nhanh vào trong đất. Như vậy hệ thống lưới này dùng để khuếch 
tán năng lượng của sét vào khối đất. 
78